程玉芹,王 朝

(1.淮海工学院 机械工程学院,江苏 连云港 222005; 2.淮安市地方海事局,江苏 淮安 223002)

0 引言

当船舶在系泊作业时,带缆桩及其支撑结构会受到重大的载荷作用,因为系泊设备及其支撑构件的强度不够导致船舶遇险的事故时有发生,因此对带缆桩及其支撑结构的强度校核显得尤其重要。文献[1-5]分别采用MSC/Patran及MD/Nastran软件对不同型式的带缆桩及支撑结构的强度进行了校核研究,为不同形式的带缆桩及其支撑结构的设计、优化提供了参考依据。

为了保证船舶在系泊作业中的安全,CCS(中国船级社)发布的MSC/Circ.1175通函[6],要求对拖带与系泊设备的支撑构件进行有限元强度分析。本文将参考上述学者在带缆桩方面的研究,以250 m甲板驳船为例,对带缆桩及其支撑结构的强度进行校核。根据带缆桩所受到的载荷,选取了对结构破坏最大的受载工况进行强度校核计算。

1 结构基本资料及有限元模型

本船为250 m×80 m×16 m的甲板驳船,带缆桩处甲板凹陷,结构不同于一般船舶。本文选取27号肋位处的带缆桩及其支撑结构进行强度校核,属于局部应力分析问题。根据有限元模型建立的基本要求,模型的边界取为强构件的位置。本模型的边界取为甲板纵桁、舷侧纵桁与强横梁,采用MSC/Patran软件建立有限元模型,带缆桩、甲板、强横梁与强肋骨采用板单元,甲板纵骨、舷侧纵骨采用梁单元,如图1所示。

图1 带缆桩及其支撑结构有限元模型

有限元模拟过程中的材料模型选择线弹性模型,密度7 850 kg/m3,弹性模量E=2.1×105MPa,泊松比ν=0.3,许用拉伸应力[σ]=235 MPa,许用剪切应力[τ]=141 MPa。

2 载荷及边界条件

因为模型的左右前后均为强构件,因此边界的约束条件设置为刚性固定约束。正常系泊操作的设计负荷数值应为拖索的破断负荷的1.25倍,根据实际情况,选取对结构破坏最大的负荷作为对结构强度校核的计算工况。确定带缆桩受到的负荷为30 t,施加在距离面板1.2倍带缆桩公称直径高度上,方向垂直舷侧外板。

3 结果与分析

本节将分析在上述载荷及边界条件下,带缆桩及其支撑结构的应力与变形。将建好的有限元模型调入MSC/Patran及MD/Nastran计算,上述载荷及边界条件下结构的最大应力汇总见表1。带缆桩及其支撑结构的应力及变形分布结果如图2～图6所示。

根据表1及图2～图6可得,在带缆桩受到的最大负荷为30 t的情况下,结构的最大应力为222 MPa,出现在带缆桩下方的支撑肘板处,带缆桩自身承受的应力值为195 MPa,均在许用值以内,且考虑了设计负荷数值应为拖索的破断负荷的1.25倍,故校核的结果满足结构的强度要求,变形最大值为1.91 mm,量值较小。

表1 结构的最大应力

图2 整体结构的应力

图3 整体结构的变形

图4 带缆桩本身的应力

图5 甲板结构的应力

图6 支撑肘板的应力

4 结论

本文通过建立250 m甲板驳船的带缆桩及其支撑结构的有限元模型,分析了结构在船体最大负荷下的应力以及变形水平,最终结果满足结构的强度要求。

参考文献:

[1] 潘英杰,杨启.拖带与系泊设备支撑结构强度计算及加强[J].造船技术,2008(1):11-15.

[2] 崔健,陈家旺,韩强,等.全回转拖轮艏部带缆桩甲板支撑结构强度分析[J].中外船舶科技,2012(2):22-24.

[3] 刘江波,范伯明,姜广煜，等.某海缆敷设船系泊设备支撑结构强度分析[J].广东造船,2011(1):29-31.

[4] 王铁,王庆丰.128 m打桩船带缆桩支撑结构强度有限元分析[J].江苏船舶,2010,27(4):13-15.

[5] 王亮,张猛.55 000 DWT 成品油/原油轮系泊加强结构有限元分析[J].广船科技,2012(1):8.

[6] 中国船级社.MSC/Circ.1175通函：附录1[Z].北京：中国船级社,2005.

[7] 中国船级社.钢质海船入级与建造规范[M].北京：北京人民交通出版社，2006.

[8] 张振华.潜艇结构水下抗爆能力研究[D].武汉：海军工程大学，2004.